DE3911122C1 - - Google Patents
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- DE3911122C1 DE3911122C1 DE3911122A DE3911122A DE3911122C1 DE 3911122 C1 DE3911122 C1 DE 3911122C1 DE 3911122 A DE3911122 A DE 3911122A DE 3911122 A DE3911122 A DE 3911122A DE 3911122 C1 DE3911122 C1 DE 3911122C1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D15/00—Clutches with wedging balls or rollers or with other wedgeable separate clutching members
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
- F16D27/10—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings
- F16D27/118—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with interengaging jaws or gear teeth
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)
- Joining Of Building Structures In Genera (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine formschlüssige Schaltkupplung
zum schaltbaren Verbinden einer Hohlwelle mit einem koaxial
darin liegenden Wellenzapfen durch radial verlagerbare
Koppelglieder, mit Öffnungen in der Hohlwelle, in
denen die Koppelglieder umfangsfest und radial verlagerbar
gehalten sind, mit Ausnehmungen im Wellenzapfen, die den
Öffnungen in der Hohlwelle axial zugeordnet sind und in
die die Koppelglieder zum drehfesten Verbinden der Hohlwelle
mit dem Wellenzapfen eintreten können, mit einer
axial auf der Hohlwelle verschiebbaren Schalthülse, die
eine Anlaufringfläche zum radialen Verlagern der Koppelglieder
nach innen und eine Sperrfläche zum Festhalten der
Koppelglieder im gleichzeitigen Eingriff mit Hohlwelle und
Wellenzapfen aufweist.
Schaltkupplungen werden im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen
mit Allradantrieb verwendet, bei denen der
Antrieb zur zweiten Achse entweder nur bei besonderen
Betriebsbedingungen zugeschaltet wird, z. B. bei schlechter
Traktion und Schlupf an der ständig angetriebenen Achse,
oder bei denen der Antrieb zur zweiten Achse bei bestimmten
Betriebsbedingungen abgeschaltet wird, z. B. bei
Betätigen der Betriebsbremse, um die Fahrzeugstabilität
und die fehlerfreie Funktion eines Antiblockiersystems
sicherzustellen. Es sind hierzu bereits verschiedene
Kupplungen bekannt geworden, z. B. aus der DE 38 22 115 A
1, die als Klauenkupplungsmechanismus ausgelegt sind. Für
das Abschalten unter Drehmoment und das Zuschalten bei
hohen Drehzahldifferenzen sind diese Kupplungen kaum geeignet.
Das Verriegeln der axial verschiebbaren Klauenhülse
erfolgt hierbei über radial verlagerbare Sperrglieder
in Form von Kugeln, die in eine Nut der entsprechenden
Hohlwelle eingreifen und dort über eine Sperrhülse radial
festgelegt werden, so daß sie die Klauenhülse axial
sichern, die sonst durch die Reaktion der Zahnkräfte axial
verschoben würde.
Aus anderen Anwendungsbereichen sind unter Last schaltbare
Kupplungen bekannt, z. B. aus der DE-OS 24 28 916 oder der
JP 60-2 56 627, bei denen Sperrglieder in Öffnungen einer
auf einer Welle frei drehenden Hülse eines Antriebsrades
radial verlagerbar gehalten sind und in einzelne Ausnehmungen
oder Nuten der Welle eintreten können, wo sie
unter formschlüssiger Verbindung der Hülse des Antriebsrades
mit der Welle durch eine axial verschiebbare Sperrhülse
festgehalten werden. Die Verschiebung der Sperrhülse
kann hierbei über eine übliche Schaltklaue erfolgen, die
z. B. über einen Hebelmechanismus betätigt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine unter Drehmoment schaltbare formschlüssige Schaltkupplung
der vorstehend genannten Art zu schaffen, die
axial und in Umfangsrichtung sehr kompakt baut und
funktionssicher hohe Drehmomente aufnehmen und schalten
kann und die mittels geringer Kräfte in verriegelter
Stellung gehalten werden kann und sich bei Wegfall von
äußeren Betätigungskräften selbsttätig entriegelt. Die
Lösung hierfür ist gekennzeichnet durch Sperrglieder, die auf
die Schalthülse axial einwirken und die axial und radial
verlagerbar sind, eine Ring in der Hohlwelle, in
die die Sperrglieder zum axialen Verriegeln der Schalthülse
eintreten können, und eine Sperrhülse mit einer
Anlaufringfläche zum radialen Verlagern der Sperrglieder
nach innen und mit einer Sperrfläche zum Festhalten der
Sperrglieder in axialer Sperrung von Hohlwelle und Schalthülse,
wobei die Sperrhülse gegen eine Rückstellkraft
in die Verriegelungsstellung verschiebbar und
die Schalthülse durch die radial verlagerten Sperrglieder
in der Koppelstellung axial verriegelbar ist und wobei die
Sperrfläche der Schalthülse nichtselbsthemmend konisch
ist. Ein Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß für den
formschlüssigen Eingriff sowohl zum drehfesten Verbinden
der Hohlwelle mit dem Wellenzapfen als auch zum axialen
Verriegeln der Schalthülse radial verlagerbare Elemente,
insbesondere in Form von Kugeln verwendet werden, die
durch radiales Sichern hohe Umfangskräfte (Koppelglieder)
bzw. Axialkräfte (Sperrglieder) aufnehmen können und die
nur kurze axiale Schaltwege bei geringen Schaltkräften
benötigen.
Nach einer besonders günstigen Ausgestaltung sind die
Öffnungen zur Aufnahme der Sperrglieder unmittelbar in der
Schalthülse vorgesehen, wobei in weitergehender bevorzugter
Ausgestaltung nur die Sperrhülse unmittelbar axial
betätigbar ist und unmittelbar auf die Sperrglieder zunächst
axial einwirkt und diese soweit verschiebt, bis sie
in die Umfangsnut der Hohlwelle radial eintreten können,
wo sie durch Weiterschieben der Sperrhülse radial gesichert
gehalten werden. Beim axialen Verschieben der
Sperrglieder wirken diese ihrerseits auf die Schalthülse
ein, die gleichzeitig die Koppelglieder radial verlagert
und nach dem Eintreten in die entsprechenden Ausnehmungen
in dem Wellenzapfen durch weiteres axiales Verschieben
radial sichert. Die entsprechenden Schiebewege sind so
aufeinander abgestimmt, daß zunächst die drehfeste Verbindung
und Sicherung derselben zwischen Hohlwelle und
Wellenzapfen hergestellt wird und anschließend die axiale
Sicherung der Schalthülse erfolgt, wobei dies nahezu
synchron auf einem kurzen zusätzlichen Schiebeweg erfolgt.
Das Entriegeln der drehmomentfesten Verbindung erfolgt
sinngemäß umgekehrt durch Bewegung der Sperrhülse in die
Gegenrichtung, wobei zunächst eine geringe Rückstellkraft, z. B.
einer Feder die Gegenbewegung der Sperrhülse einleitet,
durch die die Sperrglieder in radialer Richtung entriegelt
werden. Das Drehmoment bewirkt dann die Entriegelung der
Schalthülse durch die radiale Kraft der Koppelglieder auf
die konische Sperrfläche. Hierdurch ergibt sich eine
axiale Reaktionskraft auf die Schalthülse, die wiederum
die Sperrkörper gegen die konische Anlauffläche der Ringnut
drückt, wodurch diese sich radial nach außen bewegen
und die Schalthülse axial freigeben.
Die umfangssymmetrische kompakte Anordnung ist besonders
geeignet für die Betätigung mittels kompakter umfangssymmetrisch
angeordneter Schaltelemente. Hierfür ist
insbesondere ein ringförmig angeordneter Schaltmagnet
geeignet, der einen mit der Sperrhülse drehbar verbundenen
Stellring bei Betätigung axial verschiebt. In gleicher
Weise könnte dieser Stellring mit einem hydraulischen oder
pneumatischen Stellkolben verbunden sein oder selbst als
solcher ausgebildet sein. Ebenso sind jedoch auch einzelne
über den Umfang verteilte Betätigungsanordnungen, z. B.
drei kleinere Stellkolben möglich, die auf den Stellring
einwirken.
Die gesamte Anordnung kann in günstiger Weise in einem
kurzen Gehäuse angeordnet sein, das auf der Hohlwelle
doppelt gelagert ist, die mit einem ersten Flansch
verbunden ist und in der der Wellenzapfen gelagert ist,
der mit einem zweiten Flansch verbunden ist. Der Verriegelungsmechanismus
liegt dabei bevorzugt in Bezug auf
beide Wellen zwischen den beiden Lagerstellen, so daß ein
Verspannen oder dergleichen weitgehend ausgeschlossen ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung
beschrieben.
Als wesentliche in einem aus mehreren Gehäuseteilen 5, 7,
9 bestehenden Gehäuse 35 befindliche Teile sind die
Hohlwelle oder Nabe 1 und die Welle oder der Wellenzapfen
2 erkennbar. Das Gehäuseteil 9, das aus einem magnetisch
isolierenden Werkstoff besteht, ist über Schrauben 30 mit
dem Gehäuseteil 7 verspannt. Die Teile 5 und 7 sind über
ein Gewinde 47 miteinander verschraubt. Das Gehäuse ist
auf den Kugellagern 16 und 14 auf der rotierenden Welle
gehalten und über eine hier nicht dargestellte Halterung
gegen Mitdrehen gesichert, wobei das Lager 16 in einem
magnetisch isolierenden Lagerträger 10 und das Lager 14
unmittelbar in dem magnetischen isolierenden Gehäuseteil 9
gehalten ist. Das Lager 14 ist mittels eines Sicherungsringes
23 im Gehäuseteil 9 und mittels eines Sicherungsringes
24 und eines Distanzringes 30 auf der Hohlwelle 1
festgelegt. Das Lager 16 wird mittels eines Distanzringes
34 vom Wellenzapfen 2 gehalten, der Ladenträger 10 ist
mittels eines Sicherungsringes 18 im Gehäuseteil 5
festgelegt. Der mehrfach abgesetzte Wellenzapfen 2 ist
über ein Kugellager 15 und einen Nadellagerkranz 17 in der
Hohlwelle 1 gelagert. Das Kugellager 15 ist mittels
Sicherungsringen 25, 26 in der Hohlwelle 1 bzw. auf dem
Wellenzapfen 2 festgelegt, während der Nadellagerkranz 17
an Absätzen der Hohlwelle 1 bzw. des Wellenzapfens 2 axial
abstützt. Der Flansch 32 des Wellenzapfens 2 trägt ein
Schutzrohr 18, und ist gegenüber diesem durch einen O-Ring
45 abgedichtet, während zur Abdichtung des Schutzrohres 18
gegenüber dem Gehäuseteil 5 ein Wellendichtring 20
vorgesehen ist. Die Hohlwelle 1 weist einen Flansch 31 mit
Schrauben 22 auf, der Wellenzapfen 2 einen Flansch 32 mit
Gewindelöchern 21.
In der oberen Bildhälfte ist die Schaltkupplung in entriegelter
Stellung dargestellt. Der Stellring 8, in dem
die Sperrhülse 3 mittels eines Sicherungsringes 29 axial
gehalten ist, befindet sich in äußerst rechter Position im
Gehäuseteil 5. Der Stellring 8 trägt weiterhin einen
Druckring 11. Die Sperrkugeln 12, die in Öffnungen 36 in
der Schalthülse 4 gehalten sind, sind radial nach außen
getreten. In gleicher Weise sind die in Öffnungen 37 in
der Hohlwelle 1 radial verlagerbaren Koppelkugeln 13 von
der Anlauffläche 38 an der Schalthülse 4 unbeaufschlagt
und ebenfalls radial nach außen aus den Ausnehmungen 39 im
Wellenzapfen 2 herausgetreten. In axialem Abstand von den
Sperrkugeln 12 ist die Ringnut 41 zu deren Aufnahme erkennbar.
Zwischen den Gehäuseteilen 5 und 7 ist ein Elektromagnet
mit einem Spulenträger 6, einer Haltewicklung 27
und einer Schaltwicklung 28 dargestellt, von dem Kabel 44
nach außen führen.
In der unteren Bildhälfte ist der Schaltring 8 durch
Betätigung des Elektromagneten in der äußersten, nach
links verschobenen, Position dargestellt, wobei die
Koppelkugeln 13 durch die Anlauffläche 38 radial nach
innen gedrückt sind und die Koppelkugeln 13 mittels der
konischen Sperrfläche 42 im Eingriff zwischen Hohlwelle 1
und Wellenzapfen 2 gehalten werden. Die Sperrkugeln 12
sind durch die Sperrhülse 3 in die Ringnut 41 gedrückt und
radial durch die Sperrfläche 43 gesichert. Der im Stellring 8
gehaltene Druckring 11 drückt eine Feder 19 zusammen,
die eine Rückstellkraft erzeugt. Zum Einkoppeln
ist wegen der über den Ankerweg stark abfallenden Magnetkraft
ein stärkeres Magnetfeld erforderlich als zum
Halten, welches mittels der niederohmigen Schaltwicklung
28 erzeugt wird. Sobald die Sperrkugeln 12 in die Ringnut
41 eingetreten sind und von der Sperrhülse 3 radial
gesichert sind, nehmen diese die Axialkräfte des
Schaltringes auf, so daß die hochohmige Haltewicklung 27
alleine gegen die Rückstellkraft der Feder 19 den
Stellring 8 in seiner Position halten kann. Wird die
Haltewicklung 27 ausgeschaltet, so drückt die Federkraft
über den Druckring 11 die Sperrhülse 3 nach rechts, die
Sperrkugeln 12 können unter der Reaktionskraft des
Drehmoments austreten und die Schalthülse 4 wird über die
aus ihren Ausnehmungen 39 herausgedrückten Koppelkugeln 13
vollends nach rechts verschoben.
Es ist erkennbar, daß in vorteilhafter Weise nur geringe
Haltekräfte nach erfolgter Verriegelung der Schaltkupplung
erforderlich sind.
Bezugszeichenliste:
1 Hohlwelle (Nabe)
2 Wellenzapfen
3 Sperrhülse
4 Schalthülse
5 Gehäuseteil
6 Spulenträger
7 Gehäuseteil
8 Stellring
9 Gehäuseteil
10 Lagerträger
11 Druckring
12 Sperrkugel
13 Koppelkugel
14 Kugellager
15 Kugellager
16 Kugellager
17 Nadellager
18 Schutzrohr
19 Feder
20 Dichtring
21 Gewindeloch
22 Schraube
23 Sicherungsring
24 Sicherungsring
25 Sicherungsring
26 Sicherungsring
27 Haltewicklung
28 Schaltwicklung
29 Sicherungsring
30 Schraube
31 Flansch (Hohlwelle)
32 Flansch (Wellenzapfen)
33 Distanzring
34 Distanzring
35 Gehäuse
36 Öffnung (Schalthülse)
37 Öffnung (Hohlwelle)
38 Anlauffläche (Schalthülse)
39 Ausnehmung (Wellenzapfen)
40 Anlauffläche (Sperring)
41 Ringnut (Hohlwelle)
42 Sperrfläche (Schalthülse)
43 Sperrfläche (Sperrhülse)
44 Kabel
45 O-Ring
46 Sicherungsring
47 Gewinde
2 Wellenzapfen
3 Sperrhülse
4 Schalthülse
5 Gehäuseteil
6 Spulenträger
7 Gehäuseteil
8 Stellring
9 Gehäuseteil
10 Lagerträger
11 Druckring
12 Sperrkugel
13 Koppelkugel
14 Kugellager
15 Kugellager
16 Kugellager
17 Nadellager
18 Schutzrohr
19 Feder
20 Dichtring
21 Gewindeloch
22 Schraube
23 Sicherungsring
24 Sicherungsring
25 Sicherungsring
26 Sicherungsring
27 Haltewicklung
28 Schaltwicklung
29 Sicherungsring
30 Schraube
31 Flansch (Hohlwelle)
32 Flansch (Wellenzapfen)
33 Distanzring
34 Distanzring
35 Gehäuse
36 Öffnung (Schalthülse)
37 Öffnung (Hohlwelle)
38 Anlauffläche (Schalthülse)
39 Ausnehmung (Wellenzapfen)
40 Anlauffläche (Sperring)
41 Ringnut (Hohlwelle)
42 Sperrfläche (Schalthülse)
43 Sperrfläche (Sperrhülse)
44 Kabel
45 O-Ring
46 Sicherungsring
47 Gewinde
Claims (12)
1. Schaltkupplung zum schaltbaren Verbinden einer Hohlwelle
(1) mit einem koaxial darin liegenden Wellenzapfen
(2) durch radial verlagerbare Koppelglieder
(13), mit Öffnungen (37) in der Hohlwelle (1), in
denen die Koppelglieder (13) umfangsfest und radial
verlagerbar gehalten sind, mit Ausnehmungen (39) im
Wellenzapfen (2), die den Öffnungen (37) in der
Hohlwelle (1) axial zugeordnet sind und in die die
Koppelglieder (13) zum drehfesten Verbinden der Hohlwelle
(1) mit dem Wellenzapfen (2) eintreten können,
mit einer axial auf der Hohlwelle (1) verschiebbaren
Schalthülse (4), die eine Anlaufringfläche (38) zum
radialen Verlagern der Koppelglieder (13) nach innen
und eine Sperrfläche (42) zum Festhalten der Koppelglieder
(13) im gleichzeitigen Eingriff mit Hohlwelle
(1) und Wellenzapfen (2) aufweist,
gekennzeichnet durch Sperrglieder (12), die auf die
Schalthülse (4) axial einwirken und die axial und
radial verlagerbar sind, eine Ringnut (41) in der
Hohlwelle (1), in die die Sperrglieder (12) zum
axialen Verriegeln der Schalthülse (4) eintreten
können, und eine Sperrhülse (3) mit einer Anlaufringfläche
(40) zum radialen Verlagern der
Sperrglieder (12) nach innen und mit einer Sperrfläche
(43) zum Festhalten der Sperrglieder (12) in
axialer Sperrung von Hohlwelle (1) und Schalthülse
(4), wobei die Sperrhülse (3) gegen eine
Rückstellkraft in die Verriegelungsstellung verschiebbar
und die Schalthülse (4) durch die radial verlagerten
Sperrglieder (12) in der Koppelstellung axial
verriegelbar ist und wobei die Sperrfläche (42) der
Schalthülse (4) nichtselbsthemmend konisch ist.
2. Schaltkupplung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine einseitig auf die Sperrhülse (3) wirkende
Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist.
3. Schaltkupplung nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch Öffnungen (36) in der Schalthülse
(4), in der die Sperrglieder (12) umfangsfest und
radial verlagerbar gehalten sind.
4. Schaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sperrfläche (43) der Sperrhülse (3) konisch
ist.
5. Schaltkupplung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sperrhülse (3) unmittelbar von einem Stellglied
(8) axial beaufschlagbar ist und die Schalthülse
(4) mittels der axial von der Sperrhülse (3) mitgenommenen
Sperrglieder (12) axial verschiebbar ist.
6. Schaltkupplung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein mit der Sperrhülse (3) verbundener Stellring
(8) als Stellglied vorgesehen ist.
7. Schaltkupplung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sperrhülse (3) in dem Stellring (8) drehfähig
gelagert ist.
8. Schaltkupplung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellring (8) unmittelbar elektromagnetisch
betätigbar ist, insbesondere mittels eines ihn umgebenden
Ringmagneten.
9. Schaltkupplung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellring (8) unmittelbar hydraulisch oder
pneumatisch betätigbar ist, insbesondere mittels eines
Ringkolbens.
10. Schaltkupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung unmittelbar auf einer
der rotierenden Wellen (1; 2) wälzgelagert und durch
eine ortsfeste Halterung gegen Mitdrehen gesichert ist.
11. Schaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Koppelglieder Kugeln (13) sind.
12. Schaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sperrglieder Kugeln (12) sind.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3911122A DE3911122C1 (de) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | |
IT19850A IT1239428B (it) | 1989-04-06 | 1990-03-28 | Innesto con vincolo geometrico |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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DE3911122C1 true DE3911122C1 (de) | 1990-09-13 |
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ID=6377981
Family Applications (1)
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Country Status (6)
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JP (1) | JPH02286921A (de) |
DE (1) | DE3911122C1 (de) |
FR (1) | FR2647865B1 (de) |
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IT (1) | IT1239428B (de) |
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